EP0994586B1 - Verfahren und Datenrahmenstruktur zur digitalen Nachrichtenübertragung mit quasi-nahtlosem Umschalten auf alternative Frequenzen - Google Patents

Verfahren und Datenrahmenstruktur zur digitalen Nachrichtenübertragung mit quasi-nahtlosem Umschalten auf alternative Frequenzen Download PDF

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EP0994586B1
EP0994586B1 EP98119400A EP98119400A EP0994586B1 EP 0994586 B1 EP0994586 B1 EP 0994586B1 EP 98119400 A EP98119400 A EP 98119400A EP 98119400 A EP98119400 A EP 98119400A EP 0994586 B1 EP0994586 B1 EP 0994586B1
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EP
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receiver
frame
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static
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Markus c/o Sony Deutschland GmbH Zumkeller
Wolfgang c/o Sony Deutschland GmbH Schäfer
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Sony Deutschland GmbH
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Sony Deutschland GmbH
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04H—BROADCAST COMMUNICATION
    • H04H20/00—Arrangements for broadcast or for distribution combined with broadcast
    • H04H20/26—Arrangements for switching distribution systems

Definitions

  • the invention relates to a method for the digital transmission of information in defined frames of information units, in particular digital audio, video and data broadcast via a plurality of transmitters delivering at least in part the same services in adjacent areas on different frequencies.
  • Document WO 97/40595 addresses the problem and describes a digital transmission process for transmitting information, in particular radio and/or television broadcasts by which information in different partial areas of a certain region is transmitted in transmission units with different frequencies.
  • a digital transmission process for transmitting information, in particular radio and/or television broadcasts by which information in different partial areas of a certain region is transmitted in transmission units with different frequencies.
  • the invention is based on the idea that it should be possible to allow a monitoring of alternative frequencies until a specific service identity code (ID) can be decoded without any loss of the relevant information signal, e.g. audio signal in the selected service.
  • a proper criteria to switch to an alternative frequency without losing the service should be designed such that the receiver is able to test the alternative frequency without losing any relevant information on the current tuned frequency.
  • a method for the digital transmission according to the preamble of claim 1 and in accordance with the invention is characterized in that for achieving an at least quasi-seamless switch of a receiver from one to another alternative of said different frequencies, the defined information units frames are structured to consist of two frame parts, namely
  • a frame structure of a data stream for a digital transmission system comprising a plurality of transmitters delivering at least in part the same services is defined in claim 12 and provides in particular for that said static data-channel is adapted for transmission in time multiplex and comprises two parts, i.e. a first part located to come directly after or within a frame start symbol and including a transmitter ID, a service ID and information on the location within the frame of a second part of said static data-channel comprising static symbols or at least quasi-static symbols. If such a frame structure is used, during the static data-channel transmission, the receiver has the time to check alternative frequencies without losing relevant data and thus enabling a seamless switching to alternative frequencies.
  • the invention also relates to a receiver for digitally transmitted information which as to its hardware and software design is adapted to the method and the data frame structure processing as specified in the present disclosure of the invention.
  • a digital transmission system embodying the invention should have a frame structure as shown in Fig. 1.
  • the signal in the air shall consist of two parts, i.e.
  • the static data-channel should preferably satisfy the following rules:
  • Fig. 2 shows an example for a typical reception scenario.
  • a receiver Rx gets the same service from two different transmitters Tx1 and Tx2 on two different frequencies f1 and f2.
  • the two signals from Tx1 and Tx2 are transmitted time-synchronized, i.e. the same information is leaving the transmitters at the same time, or there is a determined time offset. If the receiver is tuned to the frequency f1 of transmitter Tx1, the signal of the alternative frequency f2 from transmitter Tx2 is late and if the receiver is tuned to Tx2 the signal from Tx1 is earlier.
  • the signals should fulfill the following requirements:
  • the checking of the alternative frequency works as shown by the block diagram of Fig. 5 and further explained by the flow chart of a respective algorithm of Fig. 4.
  • the typical hardware structure of a digital receiver is shown in Fig. 5.
  • the transmission signal in particular a digital audio broadcast signal is received by an antenna 1 and after amplification passes a selective pre-stage 2 and is supplied to a first input of a mixer 3 that receives at a second input thereof a frequency control signal supplied via an adaptable PLL circuit 4.
  • the frequency supplied to the mixer 3 by the PLL circuit 4 is controlled by a circuit 13 for tuning the receiver as well as for the alternative frequency switching in accordance with the invention.
  • the resulting signal is supplied to one input of a mixer 6 supplied at its other input thereof by a fixed frequency from a local oscillator 7.
  • the resulting signal is again filtered in IF filter and automatic gain control (AGC) circuit 8 and is then A/D-converted in 9.
  • ADC automatic gain control
  • a demodulator circuit 12 is controlled by SDC data from circuit 13, the detailed function of which is explained further below with reference to Fig. 4.
  • the demodulated signal then passes a Viterbi decoder (channel decoder) 14, and an audio decoder 15. Finally, following a respective power amplification the decoded audio data are supplied to a speaker or a pair of speakers 16.
  • step S2 After the receiver is synchronized in step S 1 and has decoded a respective alternative frequency list from the SDC, at the frame start in step S2, the receiver evaluates the position (symbol number) of the second variable part of the quasi-static data in step S3 and continues with normal processing to step S4 if the evaluation result is positive; if "NO" the program goes to step S9 to wait for the next symbol. After complete reception of the last symbol before the variable part, the receiver switches to the next alternative frequency in its list in step S4. Then the power level is measured in step S5, and if it is above a reliable threshold the receiver continues with step S6 and tries to synchronize the alternative signal.
  • step S7 As there is just one position where the variable second part of the SDC coincides with the frame start of the alternative frequency, this procedure in step S7 has to be repeated several times, in the worst case a number of times that correspond to the number of symbols per frame divided by a number of symbols of the second variable part of the SDC. If ⁇ max is the maximum possible signal delay and t d is the duration of one symbol and n s is the number of symbols in the variable part of the SDC, the number of trials in the worst case is 2 ⁇ max /n s t d .
  • step S8 the receiver checks during the right intervall and tries to synchronize on the alternative signal and to decode the service ID.
  • step S10 If it is the same service ID, the frequency tested in step S10 is stored as valid alternative frequency in step S11 and the procedure starts with the next frequency in the alternative frequency list. If the service IDs are not identical, the result is marked as an invalid alternative frequency for a certain period of time.
  • Fig. 3 shows the sequence of data symbols for the two signals for two different frames arriving at the receiver Rx. It is assumed in this case that the second flexible part of the SDC consists of two symbols and that this part moves cyclically by one symbol from frame to frame. When this part moves across the frame start the symbols N and 3 in Fig. 3 are used for three successive frames.
  • the receiver Rx is tuned to the frequency f2 and has to check the frequency f1.
  • the receiver can check the frequency f2 when it is tuned to the frequency f1.
  • the suggested frame structure according to the invention allows the receiver to check the quality of alternative frequencies without losing relevant data of its present main service reception, i.e., seamless switch between alternative frequencies of various transmitters delivering the same service is possible.
  • the receiver checks the alternative frequency during the SDC period of respective frames.
  • the delay between different signals can be detected by the method according to the invention with an accuracy of at least one symbol period, and this information can be used for hyperbolic navigation if at least three alternative frequencies can be received in a present receiver position. If on the other hand the location of the transmitters, the location of the receiver (e.g.
  • the receiver can calculate exactly the time difference which the various signals have at the location of the receiver which is the relative path distance of the transmitters and the receiver divided by the speed of light plus the static delay. By dividing this delay by the symbol duration, the receiver knows exactly at which symbol it has to switch to the alternative frequency if there is currently the SDC. This saves processing time.
  • the exact knowledge of the valid alternative frequency is a prerequisite for a seamless switch during bad reception conditions.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Circuits Of Receivers In General (AREA)

Claims (13)

  1. Verfahren zur digitalen Nachrichtenübertragung in definierten Rahmen von Nachrichtseinheiten über eine Vielzahl von Sendern, die wenigstens teilweise die gleichen Dienste in benachbarten Bereichen auf unterschiedlichen Frequenzen liefern, dadurch gekennzeichnet, dass, um eine wenigstens quasi-nahtlose Umschaltung eines Empfängers von einer zu einer anderen Alternative der unterschiedlichen Frequenzen zu erhalten, die definierten Rahmen von Nachrichteneinheiten so strukturiert sind, dass sie aus zwei Rahmenabschnitten bestehen, dass heißt,
    - einem kontinuierlichen Datenkanal (CDC = continuous data-channel) als einen ersten Rahmenabschnitt, und
    - einem statischen Datenkanal (SDC = static data-channel) als einen zweiten Rahmenabschnitt, der wenigstens einen Kennung für den Rahmenanfang und eine weitere Nachricht für den Empfänger enthält, um in Frequenz und Zeit eine Synchronisation auf einen bestimmten Datenstrom herzustellen, worin einige der weiteren Nachrichten aus wenigstens quasi-statischen Symbolen bestehen, deren Rotationsschema innerhalb eines Rahmens dem Empfänger zu dem Zeitpunkt des Umschaltens bekannt ist, und dass der Empfänger nach dem Ermitteln der Rahmenposition der quasi-statischen Symbole in der Lage ist, eine alternative Frequenz während der Zeit zu testen, in der die quasi-statischen Symbole von aufeinander folgenden Rahmen übertragen werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gleichen Dienste zeitsynchronisiert durch die Vielzahl von Sendern und mit dem gleichen Modulationsschema übertragen werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gleichen Dienste durch die Vielzahl von Sendern mit einem vorgegebenen Zeitversatz, der dem Empfänger bekannt oder signalisiert wird, und mit dem gleichen Modulationsschema übertragen werden.
  4. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der statische Datenkanal (SDC) in einem Zeitmultiplexverfahren übertragen wird.
  5. Verfahren von wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der statische Datenkanal (SDC) aus zwei Abschnitten zusammengesetzt ist, von denen der erste Abschnitt direkt nach oder innerhalb einer Kennung für den Rahmenanfang positioniert ist und der zweite Abschnitt, der wenigstens quasi-statische Symbole umfasst, in der Lage ist, zyklisch innerhalb des Rahmens zu permuttieren, und dass der erste Abschnitt die weitere Nachricht umfasst, die wenigstens eine Sender-ID, eine Dienst-ID und eine Nachricht für den Empfänger enthält, um die Position des zweiten Abschnittes innerhalb einer entsprechenden Rahmenstruktur zu orten.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachricht für den Empfänger, um die Position des zweiten Teiles zu orten, in einem bestimmten Datenblock enthalten ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachricht für den Empfänger, um die Position des zweiten Teiles zu orten, ein Initialisierungsbefehl für ein vorgegebenes Algorhythmus-Unterprogramm ist.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die definierten Rahmen von Nachrichtseinheiten Einheiten von digitalen Audio-, Video- und Daten-Sende-Übertragungen sind.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungen LF-, MF- oder HF-Sende-Übertragungen sind.
  10. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass, um eine nahtlose Umschaltung von alternativen Frequenzen zu erzeugen, der Empfänger in der Lage ist, den Programmschritten zu folgen:
    (a) Lesen einer dekodierten und/oder gespeicherten alternativen Frequenz für die derzeitige Dienst-ID des statischen Datenkanals,
    (b) Lesen oder Ermitteln der Position der quasi-statischen Symbole in dem zweiten Abschnitt des statischen Datenkanals und ermitteln des ersten Symbols davon,
    (c) Umschalten auf die alternative Frequenz während des Zeitschlitzes der quasi-statischen Symbolperiode und Überprüfen des Leistungsniveaus des alternativen Senders gegenüber einem minimalen Niveau,
    -- (c1) Wiederholen von Schritt (b), und von (c), wenn das Leistungsniveau unterhalb oder oberhalb des Minimums ist
    (d) Versuchen, auf die alternative Frequenz zu synchronisieren, und, wenn nicht erfolgreich,
    -- (d1) Wiederholen der Schritte (b) bis (d), oder, wenn erfolgreich,
    (e) Dekodieren der Dierist-ID, Vergleichen des dekodierten Ergebnisses für die Kennung mit der gegenwärtigen Dienst-ID, und, wenn nicht identisch,
    -- (e1) Wiederholen der Schritte (b) bis (e), oder, wenn identisch,
    (f) Speichern der alternativen Frequenz als gültig, und dann
    (g) Umschalten auf eine dekodierte, nächste alternative Frequenz und Wiederholen aller vorhergehender Schritte
  11. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der statische Datenkanal (SDC) wenigstens über die maximal erwartete Verzögerung zwischen einem der zwei alternativen Sendern (Tx1, Tx2) ausgedehnt ist.
  12. Rahmenstruktur eines Datenstroms für ein digitales Übertragungssystem umfassend eine Vielzahl von Sendern, die wenigstens teilweise die gleichen Dienste bereitstellen, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Datenrahmen besteht aus
    - einem kontinuierlichen (Nutzlast) Daten-Kanal (CDC) als einen ersten Abschnitt, und
    - einem statischen Datenkanal (SDC) als einen zweiten Abschnitt, wobei
    - der statische Datenkanal in der Lage ist, im Zeitmultiplex zu übertragen, und zwei Abschnitte umfasst, das heißt
    -- einen ersten Abschnitt, der an einer Stelle angeordnet ist, um direkt nach oder innerhalb eines Rahmenanfangssymbols aufzutreten, und der eine Sender-ID, eine Dienst-ID und eine Nachricht über den Ort innerhalb des Rahmens enthält, und
    -- einen zweiten Abschnitt von wenigstens quasi-statischen Symbolen.
  13. Ein Empfänger für eine digital übertragene Nachricht, der für das Verfahren und/oder die Datenrahmenstrukturverarbeitung geeignet ist, wie sie in wenigstem einem der vorhergehenden Ansprüche definiert ist.
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